Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Chemistry

Inzicht in de interacties van aminozuren en peptiden met anorganische materialen met behulp van enkel-molecuul Force Spectroscopie

doi: 10.3791/54975 Published: March 6, 2017

Summary

Hier presenteren we een protocol om de kracht van de interacties tussen een goed gedefinieerde anorganische oppervlak en ofwel peptiden of aminozuren door single-molecule force spectroscopy metingen te meten met behulp van een atomic force microscope (AFM). De resultaten van de meting informatie is belangrijk voor een beter begrip van het peptide-anorganisch materiaal interfase.

Abstract

De interacties tussen eiwitten of peptiden en anorganische materialen leiden tot verschillende interessante processen. Bijvoorbeeld het mengen van proteïnen met mineralen leidt tot de vorming van composietmaterialen met unieke eigenschappen. Bovendien wordt het ongewenste proces van biofouling geïnitieerd door de adsorptie van biomoleculen, vooral proteïnen, op oppervlakken. Deze organische laag een hechtlaag voor bacteriën en kunnen ze interageren met het oppervlak. Inzicht in de fundamentele krachten die de interacties regelen van de organische-anorganische interface is daarom belangrijk voor veel gebieden van onderzoek en kan leiden tot de ontwikkeling van nieuwe materialen voor optische, mechanische en biomedische toepassingen. Deze paper toont een single-molecule kracht spectroscopie techniek die een AFM gebruikt om de hechting kracht tussen beide peptiden of aminozuren en goed gedefinieerde anorganische oppervlakken te meten. Deze techniek omvat een protocol voor het bevestigen van het biomolecuul aan de AFMtip via een covalente flexibele linker en single-molecule force spectroscopy metingen door atomic force microscope. Daarnaast wordt een analyse van deze metingen inbegrepen.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

De interactie tussen eiwitten en anorganische mineralen leidt tot de constructie van composiet materialen met onderscheidende eigenschappen. Dit omvat materialen met hoge mechanische sterkte of unieke optische eigenschappen. 1, 2 Bijvoorbeeld, de combinatie van het eiwit collageen met minerale hydroxiapatiet genereert hard of zacht beenderen voor verschillende functionaliteiten. 3 Korte peptiden kunnen ook binden anorganische materialen met hoge specificiteit. 4 is 5, 6 de specificiteit van deze peptiden zijn gebruikt voor het ontwerpen van nieuwe magnetische en elektronische materialen, 7, 8, 9 fabriceren nanogestructureerde materialen, het groeien van kristallen, 10 en synthetiseren van nanodeeltjes. 11 Inzicht in de onderliggende mechanisme interacties tussen eiwitten en peptiden of anorganische materialen zullen daarom ons toelaten om nieuwe composietmaterialen te ontwerpen met een verbeterde adsorptie eigenschappen. Aangezien bovendien de interfase van implantaten met een immuunrespons bij eiwitten, beter begrip van de interacties van eiwitten met anorganische materialen ons vermogen om implantaten te ontwerpen verbeteren. Een ander belangrijk dat eiwitten omvat interactie met anorganische oppervlakken is de vervaardiging van antifouling materialen. 12, 13, 14, 15 Biofouling een ongewenste proces waarbij organismen hechten aan een oppervlak. Het heeft vele nadelige gevolgen voor ons leven. Bijvoorbeeld, biofouling bacteriën op medische hulpmiddelen leidt tot ziekenhuisinfecties. Biofouling van mariene organismen op boten en grote schepen verhoogt de brandstofverbruik. 12, 16, 17, 18

Single-molecule force spectroscopie (SMF) met behulp van een AFM, kan direct de interacties tussen een aminozuur of een peptide met een substraat te meten. 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 Andere werkwijzen zoals faagdisplay, 27, 28 kwartskristal microbalans (QCM) 29 of oppervlak plasmon resonantie (SPR) 29, 30, 31, 32,ref "> 33 meten van de interacties van peptiden en eiwitten aan anorganische oppervlakken in bulk. 34, 35, 36 Dit betekent dat de resultaten van deze methoden resultaten hebben betrekking op ensembles van moleculen of aggregaten. In SMF worden één of zeer weinig moleculen bevestigd aan de AFM tip en hun interacties met het gewenste substraat wordt gemeten. Deze benadering kan worden uitgebreid tot eiwitvouwing bestuderen door aan het eiwit van het oppervlak. Bovendien kan het worden gebruikt om interacties tussen cellen en eiwitten en de binding van antilichamen aan hun liganden te meten. 37, 38, 39, 40 Dit document beschrijft in detail hoe om ofwel peptiden of aminozuren hechten aan de AFM tip met behulp van silanol chemie. Bovendien, het papier legt uit hoe je kracht metingen uit te voeren en hoe het te analyserenresultaten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

1. Tip Wijziging

  1. Purchase siliciumnitride (Si 3 N 4) AFM uitkragingen met siliconen tips (nominale cantilever straal van ~ 2 nm).
  2. Reinig de AFM cantilever door dompelen in watervrije ethanol gedurende 20 min. Droog bij kamertemperatuur. Behandel dan de cantilevers door ze in O2 plasma gedurende 5 min.
  3. Schorsen de schone tips hierboven (3 cm) een oplossing die methyltriethoxysilaan en 3- (aminopropyl) triethoxysilaan in een verhouding van 15: 1 (v / v) in een exsiccator onder een inerte atmosfeer (stikstof of argon ofwel) en sluit de exsiccator een vacuümpomp. Vacuüm gedurende 2 uur op een monolaag van deze twee soorten gemengde silaanverbindingen vormen.
  4. Gebruik een metalen tiphouder (gefabriceerd voor dit proces) aan de uiteinden te plaatsen op een hete plaat. droog toen de uiteinden 10 minuten bij 70 ° C onder atmosferische omstandigheden. Voor het gebruik, het reinigen van de hete plaat, metalen houder en pincet met behulp van ethanol.
  5. Koel de tips bij kamertemperatuur temperature en dompel de uiteinden in een oplossing van fluorenylmethyloxycarbonyl-PEG-N-hydroxysuccinimide (Fmoc-PEG-NHS, MW 5000 Da) met een concentratie van 5 mM in chloroform dat 0,5% (v / v) triethylamine gedurende 1 uur bij kamertemperatuur.
  6. Dompel de tips in chloroform gedurende 5 min en vervolgens dompelen in dimethylformamide (DMF) gedurende 5 extra minuten. Om de Fmoc-groep van het vastgehechte PEG moleculen deprotecteren, dip de uiteinden in 20% piperidine (v / v) in DMF gedurende 30 min. Dompel de tips in DMF gedurende 4 minuten en vervolgens in N-methyl-2-pyrrolidon (NMP) extra 4 minuten. Herhaal de opeenvolgende dompelen driemaal.
  7. Voor koppeling van aminozuren, dompel de uiteinden in een oplossing die N-terminaal beschermd aminozuur (AA) / diisopropylethylamine (DIPEA) / 2- (1H-benzotriazol-1-yl) -1,1,3,3-tetramethyl- hexafluophosphate (HBTU), in een molaire verhouding van 1: 1: 1 bij een totale concentratie van 30 mM in 5 ml NMP gedurende 1,5 uur.
  8. Voor peptide koppeling, dompel de tips in een 5 ml oplossing containing 40 mg van het beschermde peptide (N- terminale en zijketens, bijvoorbeeld Fmoc-Gln (Trt) -Pro-Ala-Ser (tBu) -Ser (tBu) -Arg (PBF) Tyr (tBu) -COOH). , 15 mg 2- (1H-benzotriazol-1-yl) -1,1,3,3-tetramethyluroniumhexafluorfosfaat (HBTU) en 5 ml DIPEA in NMP gedurende 2 uur.
  9. Dompel de tips in NMP voor 4 min. Om vervolgens de vrije ruimen / gereageerde NH2 beschermen door de acetylgroep, dip de uiteinden van 30 min in een mengsel van azijnzuuranhydride / DIPEA in een molaire verhouding van 4: 1 en een totale concentratie van 0,65 M in NMP.
  10. Voor peptidekoppeling, voert twee extra stappen.
    1. Om de zijketens van het peptide ontschermen, dompel de uiteinden in een oplossing van 95% TFA, 2,5% triisopropylsilaan en 2,5% water gedurende 1 uur en daarna wassen met chloroform en DMF.
    2. Om de Fmoc-groep van het peptide de uiteinden in 20% piperidine (v / v) in DMF te verwijderen, onderdompelen gedurende 30 min.
  11. Opeenvolgend Dompel de peptide / aminozuur-functionaliserend tips vier minuten elk in DMF (voor peptiden) of NMP (aminozuren), chloroform, 50% ethanol en water. Eindelijk droog de tip in de lucht.

2. Oppervlaktebehandeling

  1. Bereid mica. Klieven de substraten (9,9 mm diameter) voor elk gebruik met behulp van plakband. Vervolgens was de oppervlakken met triple gedestilleerd water (TDW).
  2. Bereid TiO 2 gecoate silicium.
    1. Snijd de siliciumwafel (100) in 2 cm vierkantjes met een diamant pen.
    2. Plaats het substraat in een 15 ml reageerbuis gevuld met aceton en ultrasone trillingen het voor vijf minuten in een ultrasoon bad. Plaats dan dit oppervlak in een 15 ml reageerbuis gevuld met isopropanol en ultrasone trillingen het voor 5 minuten. Droog de ondergrond met stikstof.
    3. Los het surfactant (bijvoorbeeld Byk-348) in ethanol om een oplossing 5% (gewicht / volume) te bereiden. Voeg vervolgens 0,02 ml van de surfactantoplossing een 2 ml 30% TiO 2 dispersie.
    4. Uit de resulterende oplossing, drop-cast 0.2 ml op een schone Si-substraat.
    5. Deze gloeien-drop gegoten oppervlakken bij 250 ° C gedurende 2 uur in lucht. 41

3. Single-molecule Force Spectroscopie Metingen

  1. Bevestig het gewenste oppervlak van een metalen houder van de AFM met commercieel verkrijgbare tweecomponentenlijm. Plaats de metallische houder in de glazen houder van de AFM, die is gevormd als een kleine petrischaal. Vul deze houder met Tris buffer (50 mM pH = 7,4) of een gewenste drager. Plaats vervolgens de houder op het podium AFM onder de tip houder.
  2. Kalibreer de AFM cantilevers met veerconstanten variërend van 10 tot 30 pN / nm, waarbij de thermische fluctuatie methode 26 (bij de AFM software) met een absolute onzekerheid van ongeveer 10%.
  3. Meet de kracht van de interactie van de naderende aminozuur of peptide-gefunctionaliseerde tip aan het substraat totdat deze in contact komt met het substraat met een compressiekracht van ~ 200 pN en direct trek de tip aan verschillende snelheden, 0,1-0,8 um / s over een afstand van ~ 200 nm.

4. Data Analysis

  1. Zetten de doorbuiging waarden (V) te dwingen door de gevoeligheid van de fotodiode (V / m) uitbreiding en met de experimenteel bepaalde veerconstante. 42 Dit gebeurt automatisch door de AFM software.
    1. Om FD curves te verkrijgen met één enkel molecuul gebeurtenissen, verslag enkele honderden bochten (800-1,500). Verkrijgen twee pieken in één molecuul curve: de eerste piek geeft niet-specifieke interacties tussen de naaldpunt en het oppervlak en de tweede piek correspondeert met de specifieke interactie van het molecuul met het oppervlak. Wanneer de FD-curve meer dan deze twee pieken bevat, gooi ze van de berekening van de meest waarschijnlijke kracht.
      OPMERKING: Alleen enkele hechting gebeurtenissen worden op een rekening gehouden met (van 10 tot 30% van de curven). 43
  2. 44 te berekenen enkel voorafgaand aan de breuk om een set van het laden tarieven, die vervolgens worden gebruikt voor het bereiden van histogrammen van krijgen de schijnbare laden tarieven. Leid de ontbinding krachten tussen de peptiden / aminozuren en oppervlak van de sprong van kracht na het scheiden van de cantilever van het substraat.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Figuur 1 toont de tip modificatie procedure. In de eerste stap, een plasmabehandeling verandert het oppervlak van de silicium nitride tip. De tip presenteert OH-groepen. Deze groepen zullen vervolgens reageren met silanen. Na afloop van deze stap wordt het oppervlak van de punt worden door vrije -NH2 groepen. Deze vrije amines vervolgens reageren met Fmoc -PEG-NHS, een covalente linker. De Fmoc groep van de PEG-linker wordt verwijderd door pipyridine een ontschermingsreagens. Tenslotte wordt de onderzochte aminozuur of peptide molecuul gekoppeld via de vrije aminogroep van de PEG met het koppelingsreagens HBTU.

Met de gemodificeerde AFM tip is het mogelijk om de interactie van het aminozuur of peptide aan het oppervlak (figuur 2) te onderzoeken. De PEG-molecuul scheidt het peptide of aminozuur uit de tip en hen in staat stelt om vrij te oriënteren. Een typische kracht measurement resulteert in een kracht-afstand curve (figuur 3). Deze curve een karakteristiek punt van scheiding van de tip van het oppervlak, en een enkel molecuul hechting gebeurtenis. De eerste piek geeft niet-specifieke interacties tussen de naaldpunt en het oppervlak en de tweede piek heeft betrekking op de specifieke hechting gebeurtenis. Van enkele honderden FD krommen is het mogelijk om een ​​histogram te construeren door het uitzetten van het aantal gebeurtenissen hechting versus kracht. Het toepassen van een Gauss fit op deze histogrammen zal de meest waarschijnlijke kracht (MPF) te bepalen.

Figuur 1
Figuur 1: Tip modificatie procedure. Schematische weergave van de chemische modificatie van de AFM tip. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.


Figuur 2: SMF experimentele opstelling. Schematische weergave van de single-molecule force spectroscopie opstelling voor het meten van interacties tussen aminozuren of peptiden en een gewenst oppervlak. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 3
Figuur 3: Force-afstand Curve. Typische werkende moleculen FD curves voor de scheuring van (A) de peptide Gln-Pro-Ala-Ser-Ser-Arg-Tyr uit mica oppervlak, en (B) het aminozuur fenylalanine van een TiO 2 oppervlak. Gelieve click hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 4
Figuur 4: De histogrammen plot van de meest waarschijnlijke Force (MPF) en de grafieken plot van de kracht Vs. laadsnelheid. Typische histogrammen van de breuk-kracht waarden van (A) de peptide Gln-Pro-Ala-Ser-Ser-Arg-Tyr uit mica (bij een belasting van 3,1 ± 0,6 nN / s (N = 7 8)), (B ) het aminozuur fenylalanine van TiO 2 (bij beladingsgraad van 4,2 ± 0,7 nN / s (N = 79)). De meest waarschijnlijke kracht (MPF) waarde berekend op basis van de Gauss passen (de zwarte lijnen). Loading rate afhankelijkheid van de breuk krachten (C) de peptide Gln-Pro-Ala-Ser-Ser-Arg-Tyr en (D) het aminozuur fenylalanine. De kinetische parameters werden afgeleid uit de lineaire grafiek van de kracht versus de logaritme van de schijnbare lading raten. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Stappen 1.3, 1.4 en 1.7 in het protocol dient met uitgebreide zorg en op een zeer zachte manier worden uitgevoerd. In stap 1,3, zou de tip niet in contact zijn met het silaan mengsel en de silanisatie proces dient in een inerte atmosfeer (vochtvrije) lopen. 45 Dit wordt gedaan teneinde meerlaagse vorming te voorkomen en omdat silaanmoleculen gemakkelijk worden gehydrolyseerd in aanwezigheid van vocht. 45

In stap 1,4, moeten de temperatuur en tijd goed blijven. Voordat stap 1,5, moet het uiteinde worden afgekoeld tot kamertemperatuur; anders zal worden beschadigd. In de koppelingsstap (1,7), moet de HBTU en de onderzochte aminozuur of peptide volledig worden opgelost in het mengsel. Na koppelen, wassen van de tip met de verschillende oplosmiddelen moet worden uitgevoerd in een zeer zachte manier om schade aan de punt te voorkomen.

De gerapporteerde techniek kan worden applied aan een peptide of aminozuur. Om het silicium tip aan te passen, maken we gebruik van silanen. Dit is algemene chemie die kan worden gewijzigd. Bijvoorbeeld kan men twee of één soort silaan gePEGyleerd om de tip te wijzigen. 23, 25, 26 als de punt van goud, dan thiolgroepen kunnen worden gebruikt voor de modificatie van de tip. Alternatieve protocollen benutten nitrilotriacetaat (NTA) -terminated linkers kunnen targeten histidine, samen met recombinant-histidine gemerkte eiwitten. Recentelijk Lyubchenko et al. beschreef de synthese en het onderzoeken van een nieuw polymeer linker en toonde de toepassing ervan in verschillende SMF experimenten. De synthese van de linker is gebaseerd op de goed ontwikkelde fosforamidaat (PA) chemie. Deze chemie kan een routine synthese van linkers met vooraf bepaalde lengtes en PA samenstelling. Deze linkers zijn homogeen in lengte en kan worden afgesloten met verschillende functionele groepen.Bovendien kunnen biomoleculen worden verankerd op goudsubstraten of tips met natieve of gemodificeerde thiolgroepen goud vormen covalente bindingen met de zwavelatomen.

Deze methode maakt het mogelijk de kwantitatieve en gedetailleerde meting van de kracht die nodig is om een ​​molecuul van een oppervlak ontbinden bij de single-molecule-niveau en niet in bulk. Toekomstige toepassingen van de techniek omvatten de bevestiging van eiwitten aan de tip en het ontwerp van nieuwe hybride materialen. Het ontwerp en de ontwikkeling van nieuwe composietmaterialen en functionele oppervlakken zullen profiteren van het verkrijgen van een fundamenteel begrip van de interacties tussen eiwitten of peptiden met anorganische materialen. Het protocol hier bedoeld SMF AFM kan dienen als een krachtig instrument voor het bestuderen van interacties tussen eiwitten, peptiden en aminozuren met verschillende oppervlakken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

De auteurs verklaren dat ze geen concurrerende financiële belangen.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Silicon nitride (Si3N4) AFM cantilevers with silicon tips Bruker (Camarilo, CA, USA) MSNL10, nominal cantilevers radius ~2 nm 
Methyltriethoxysilane  Acros Organics (New Jersey, USA) For Silaylation of the AFM tip 
3-(Aminopropyl) triethoxysilane Sigma-Aldrich (Jerusalem, Israel) For Silaylation of the AFM tip
Triisopropylsilane Sigma-Aldrich (Jerusalem, Israel) Used for peptide deprotection
N-Ethyldiisopropylamine Alfa-Aesar (Lancashire, UK) Used for tip modification
Triethylamine Alfa-Aesar (Lancashire, UK) Used for tip modification
Piperidine Alfa-Aesar (Lancashire, UK) Used for tip Fmoc deprotection
Fluorenylmethyloxycarbonyl-PEG-N-hydroxysuccinimide  (Fmoc-PEG-NHS) Iris Biotech GmbH (Deutschland, Germany) Used as the covalent flexible linker  (MW = 5,000 Da)
2-(1H-benzotriazol-1-yl)-1,1,3,3,-tetramethyluronium hexafluorophosphate (HBTU) Alfa Aser (Heysham, England) Used as a coupling reagent. 
N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) Acros Organics (New Jersey, USA) Used as Solvent in Tip modification procedure
DMF (dimethylformamide) Merck (Darmstadt, Germany) Used as Solvent in Tip modification procedure
Chloroform Bio-Lab (Jerusalem, Israel) Used as Solvent in Tip modification procedure
Ethanol (Anhydrous) Gadot (Netanya, Israel) Used as Solvent in Tip modification procedure
Trifluoro acetic acid (TFA) Merck (Darmstadt, Germany)
Acetic anhydride Merck (Darmstadt, Germany)
Peptides GL Biochem (Shanghai, China).
Phenylalanine and Tyrosine  Biochem (Darmstadt, Germany) 
30% TiO2 dispersion in the mixture of solvent 2-(2-Methoxyethoxy) ethanol (DEGME) and Ethyl 3-Ethoxypropionate (EEP) Applied Vision Laboratories (Jerusalem, Israel) (30%) in the mixture of solvent 2-(2 Methoxyethoxy) ethanol (DEGME) and Ethyl 3-Ethoxypropionate (EEP). Used for TiO2 substrate preparation
Mica substrates TED PELLA, INC. (Redding, California, USA) 9.9 mm diameter

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Addadi, L., Weiner, S. Control and design principles in biological mineralization. Angew. Chem., Int. Ed. 31, (2), 153-169 (1992).
  2. Meyers, M. A., Chen, P. Y., Lin, A. Y. M., Seki, Y. Biological materials: Structure and mechanical properties. Prog. Mater. Sci. 53, (1), 1-206 (2008).
  3. Villee, C. A. J. Book Review. Engl. J. Med. 309, (4), 247-248 (1983).
  4. Vallee, A., Humblot, V., Pradier, C. -M. Peptide interactions with metal and oxide surfaces. Acc. Chem. Res. 43, (10), 1297-1306 (2010).
  5. Peelle, B. R., Krauland, E. M., Wittrup, K. D., Belcher, A. M. Design criteria for engineering inorganic material-specific peptides. Langmuir. 21, (15), 6929-6933 (2005).
  6. Gabryelczyk, B., Szilvay, G. R., Linder, M. B. The structural basis for function in diamond-like carbon binding peptides. Langmuir. 30, (29), 8798-8802 (2014).
  7. Sarikaya, M., Tamerler, C., Jen, A. K. Y., Schulten, K., Baneyx, F. Molecular biomimetics: Nanotechnology through biology. Nat. Mater. 2, (9), 577-585 (2003).
  8. Tamerler, C., Sarikaya, M. Molecular biomimetics: Utilizing nature's molecular ways in practical engineering. Acta Biomater. 3, (3), 289-299 (2007).
  9. Seker, U. O. S., Demir, H. V. Material binding peptides for nanotechnology. Molecules. 16, (2), 1426-1451 (2011).
  10. Green, J. J., et al. Electrostatic ligand coatings of nanoparticles enable ligand-specific gene delivery to human primary cells. Nano Lett. 7, (4), 874-879 (2007).
  11. Grohe, B., et al. Control of calcium oxalate crystal growth by face-specific adsorption of an osteopontin phosphopeptide. J. Am. Chem. Soc. 129, (48), 14946-14951 (2007).
  12. Maity, S., Nir, S., Zada, T., Reches, M. Self-assembly of a tripeptide into a functional coating that resists fouling. Chem. Commun. 50, (76), 11154-11157 (2014).
  13. Das, P., Yuran, S., Yan, J., Lee, P. S., Reches, M. Sticky tubes and magnetic hydrogels co-assembled by a short peptide and melanin-like nanoparticles. Chem. Commun. 51, (25), 5432-5435 (2015).
  14. Burg, K. J. L., Porter, S., Kellam, J. F. Biomaterial developments for bone tissue engineering. Biomaterials. 21, (23), 2347-2359 (2000).
  15. Weiger, M. C., et al. Quantification of the binding affinity of a specific hydroxyapatite binding peptide. Biomaterials. 31, (11), 2955-2963 (2010).
  16. Pettitt, M. E., Henry, S. L., Callow, M. E., Callow, J. A., Clare, A. S. Activity of commercial enzymes on settlement and adhesion of cypris larvae of the barnacle Balanus amphitrite, spores of the green alga Ulva linza, and the diatom Navicula perminuta. Biofouling. 20, (6), 299-311 (2004).
  17. Schultz, M. P., Finlay, J. A., Callow, M. E., Callow, J. A. Three models to relate detachment of low form fouling at laboratory and ship scale. Biofouling. 19, 17-26 (2003).
  18. Cao, S., Wang, J., Chen, H., Chen, D. Progress of marine biofouling and antifouling technologies. Chinese Science Bulletin. 56, (7), 598-612 (2010).
  19. Wei, Y., Latour, R. A. Correlation between desorption force measured by Atomic Force Microscopy and adsorption free energy measured by surface plasmon resonance spectroscopy for peptide-surface interactions. Langmuir. 26, (24), 18852-18861 (2010).
  20. Li, Q., et al. AFM-based force spectroscopy for bioimaging and biosensing. RSC Advances. 6, 12893-12912 (2016).
  21. Meibner, R. H., Wei, G., Ciacchi, L. C. Estimation of the free energy of adsorption of a polypeptide on amorphous SiO2 from molecular dynamics simulations and force spectroscopy experiments. Soft Matter. 11, (31), 6254-6265 (2015).
  22. Xue, Y., Li, X., Li, H., Zhang, W. Quantifying thiol-gold interactions towards the efficient strength control. Nat. Commun. 5, 4348 (2014).
  23. Razvag, Y., Gutkin, V., Reches, M. Probing the interaction of individual amino acids with inorganic surfaces using atomic force spectroscopy. Langmuir. 29, 10102-10109 (2013).
  24. Das, P., Reches, M. Revealing the role of catechol moieties in the interactions between peptides and inorganic surfaces. Nanoscale. 8, 15309-15316 (2016).
  25. Das, P., Reches, M. Review insights into the interactions of amino acids and peptides with inorganic materials using single molecule force spectroscopy. Bioploymers-Pept. Sci. 104, 480-494 (2015).
  26. Maity, S., et al. Elucidating the mechanism of interaction between peptides and inorganic surfaces. Phys. Chem. Chem. Phys. 17, (23), 15305-15315 (2015).
  27. Whaley, S. R., English, D. S., Hu, E. L., Barbara, P. F., Belcher, A. M. Selection of peptides with semiconductor binding specificity for directed nanocrystal assembly. Nature. 405, (6787), 665-668 (2000).
  28. Tamerler, C., Oren, E. E., Duman, M., Venkatasubramanian, E., Sarikaya, M. Adsorption Kinetics of an engineered gold binding peptide by surface plasmon resonance spectroscopy and a quartz crystal microbalance. Langmuir. 22, (18), 7712-7718 (2006).
  29. Santos, O., Kosoric, J., Hector, M. P., Anderson, P., Lindh, L. Adsorption behavior of statherin and a statherin peptide onto hydroxyapatite and silica surfaces by in situ ellipsometry. J. Colloid Interface Sci. 318, (2), 175-182 (2008).
  30. Evans, E., Ritchie, K. Dynamic strength of molecular adhesion bonds. Biophys. J. 72, (4), 1541-1555 (1997).
  31. Micksch, T., Liebelt, N., Scharnweber, D., Schwenzer, B. Investigation of the peptide adsorption on ZrO2, TiZr, and TiO2 surfaces as a method for surface modification. ACS Appl. Mater. Interfaces. 6, (10), 7408-7416 (2014).
  32. Patwardhan, S. V., et al. Chemistry of aqueous silica nanoparticle surfaces and the mechanism of selective peptide adsorption. J. Am. Chem. Soc. 134, (14), 6244-6256 (2012).
  33. Thyparambil, A. A., Wei, Y., Latour, R. A. Determination of peptide-surface adsorption free energy for material surfaces not conducive to SPR or QCM using AFM. Langmuir. 28, (13), 5687-5694 (2012).
  34. Hnilova, M., et al. Effect of molecular conformations on the adsorption behavior of gold-binding peptides. Langmuir. 24, (21), 12440-12445 (2008).
  35. Sano, K., Sasaki, H., Shiba, K. Utilization of the pleiotropy of a peptidic aptamer to fabricate heterogeneous nanodot-containing multilayer nanostructures. J. Am. Chem. Soc. 128, (5), 1717-1722 (2006).
  36. Chen, H., Su, X., Neoh, K. -G., Choe, W. -S. Context-dependent adsorption behavior of cyclic and linear peptides on metal oxide surfaces. Langmuir. 25, (3), 1588-1593 (2008).
  37. Zlatanova, J., Lindsay, S. M., Leuba, S. H. Single molecule force spectroscopy in biology using the atomic force microscope. Prog. Biophys. Mol. Biol. 74, (1-2), 37-61 (2000).
  38. Wang, C. Z., Yadavalli, V. K. Investigating biomolecular recognition at the cell surface using atomic force microscopy. Micron. 60, 5-17 (2014).
  39. Galler, K., Brautigam, K., Grobe, C., Popp, J., Neugebauer, U. Making a big thing of a small cell - recent advances in single cell analysis. Analyst. 139, (6), 1237-1273 (2014).
  40. Carvalho, F. A., Martins, I. C., Santos, N. C. Atomic force microscopy and force spectroscopy on the assessment of protein folding and functionality. Arch. Biochem. Biophys. 531, (1-2), 116-127 (2013).
  41. Azoubel, S., Magdassi, S. Controlling adhesion properties of SWCNT-PET films prepared by wet deposition. ACS Appl. Mater. Interfaces. 6, (12), 9265-9271 (2014).
  42. Jaschke, M., Butt, H. J. Height calibration of optical-lever atomic-force microscopes by simple laser interferometry. Rev. Sci. Instrum. 66, (2), 1258-1259 (1995).
  43. Evans, E., Kinoshita, K., Simon, S., Leung, A. Long-lived, high-strength states of ICAM-1 bonds to beta(2) integrin, I: Lifetimes of bonds to recombinant alpha(L) beta(2) under force. Biophys. J. 98, (8), 1458-1466 (2010).
  44. Bouchiat, C., et al. Estimating the persistence length of a Worm-Like Chain molecule from force-extension measurements. Biophys. J. 76, (1), 409-413 (1999).
  45. Pick, C., Argento, C., Drazer, G., Frechette, J. Micropatterned Charge Heterogeneities via Vapor Deposition of Aminosilanes. Langmuir. 31, (39), 10725-10733 (2015).
  46. Berquand, A., et al. Antigen binding forces of single antilysozyme Fv fragments explored by atomic force microscopy. Langmuir. 21, 5517-5523 (2005).
  47. Kienberger, F., et al. Recognition Force Spectroscopy Studies of the NTA-His6 Bond. Single Molecules. 1, 59-65 (2000).
  48. Tong, Z., Mikheikin, A., Krasnoslobodtsev, A., Lv, Z., Lyubchenko, Y. L. Novel polymer linkers for single molecule AFM force spectroscopy. Methods. 60, 161-168 (2013).
  49. Ulman, A. Formation and Structure of Self-Assembled Monolayers. Chem. Rev. 96, 1533-1554 (1996).
  50. Andolfi, L., Bizzarri, A. R., Cannistraro, S. Electron tunneling in a metal-protein-metal junction investigated by scanning tunneling and conductive atomic force spectroscopies. Appl. Phys. Lett. 89, 183125 (2006).
Inzicht in de interacties van aminozuren en peptiden met anorganische materialen met behulp van enkel-molecuul Force Spectroscopie
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Das, P., Duanias-Assaf, T., Reches, M. Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy. J. Vis. Exp. (121), e54975, doi:10.3791/54975 (2017).More

Das, P., Duanias-Assaf, T., Reches, M. Insights into the Interactions of Amino Acids and Peptides with Inorganic Materials Using Single-Molecule Force Spectroscopy. J. Vis. Exp. (121), e54975, doi:10.3791/54975 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter